一种用于涉水的减阻减摩仿生织构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于涉水的减阻减摩仿生织构，包括基体材料和设于基体材料表面的若干仿生突起，所述仿生突起整体为扇形柱，在扇形柱顶部向下开设有一个曲面形凹槽，所述曲面形凹槽靠近扇形柱的轴心线一侧为下凹陡坡，相对靠近弧形面一侧为下凹平缓坡，整体形成涡流凹槽定义穿过扇形柱的轴心线的平面与曲面形凹槽交线为纵向剖面，所述扇形柱的所有纵向剖面相同，所述纵向剖面的顶部曲线靠近扇形柱中心一段为下凹陡坡曲线，相对另一段为平缓坡曲线。由于的曲面形凹槽具有明显的涡流效应，减阻减摩仿生织构可以在海水环境中将海水流动形成涡流从而形成滚轴效应，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，并增强流体动压效应，摩擦系数降低率高达60％以上。率高达60％以上。率高达60％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种用于涉水的减阻减摩仿生织构


[0001]本专利技术属于仿生材料领域，涉及一种减阻减摩仿生材料，尤其涉及一种用于涉水的减阻减摩仿生织构。

技术介绍

[0002]与陆地环境相比，海洋环境更为苛刻、复杂。海洋水下航行器的螺旋桨的等部件在安装、服役期间会承受多种载荷的影响，同样，也会受到海水或/和油气介质引起的腐蚀，以及可能遇到的低温或高温环境的作用。因此，提高水下航行器的螺旋桨等部件的减阻减摩性能具有重要意义，到目前为止，多种表面工程技术如强流脉冲离子束表面改性、激光熔覆、离子注入、物理气相沉积、激光表面织构化等方法已经被应用于提高金属表面的耐磨性。
[0003]在多种表面工程技术中，激光表面织构由于具有加工速度快、生产效率高、可控性好等优点受到了广泛的关注，而在水下螺旋桨方面，目前的减摩减阻方式的制备工艺比较复杂，成本较高，不易于工业化生产。实现水下螺旋桨的减阻减摩需要一种新型的制备工艺简单，经济易于操作的表面织构。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的正是基于上述问题，提出了一种用于涉水的减阻减摩仿生织构，可以应用于水下螺旋桨的表面减阻结构，由于仿生突起顶部的曲面形凹槽，涡流效应明显，可以在海水环境中将海水流动形成涡流从而形成“滚轴”效应，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，并增强流体动压效应，于空白试样相比，摩擦系数降低率高达60％以上。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种用于涉水的减阻减摩仿生织构，其特征在于：包括基体材料和设于基体材料表面的若干仿生突起，所述仿生突起整体为扇形柱，在扇形柱顶部向下开设有一个曲面形凹槽，所述曲面形凹槽靠近扇形柱的轴心线一侧为下凹陡坡，相对靠近弧形面一侧为下凹平缓坡，整体形成涡流凹槽。
[0007]进一步地，定义穿过扇形柱的轴心线的平面与曲面形凹槽交线为纵向剖面，所述扇形柱的所有纵向剖面相同，所述纵向剖面的顶部曲线靠近扇形柱中心一段为下凹陡坡曲线，相对另一段为平缓坡曲线。
[0008]进一步地，所述下凹陡坡曲线和平缓坡曲线的坡度均为渐变式，越靠近圆心一侧坡度越陡。
[0009]进一步地，所述纵向剖面中，所述顶部曲线最低点距离扇形柱轴心线的距离为扇形柱半径的1/2
‑
1/5。
[0010]进一步地，所述仿生突起的扇形尖端方向为基体材料表面迎流方向。
[0011]进一步地，所述仿生突起整体为扁平型的扇形柱，即扇形柱的高度半径比小于1。
[0012]进一步地，所述扇形柱的半径为0.1
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100微米，扇形柱高度为0.1
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20微米。
[0013]进一步地，顶部曲线最低点距离扇形柱顶部距离(曲面形凹槽最深深度)为扇形柱高度的1/2
‑
4/5。
[0014]进一步地，所述仿生突起在基体材料表面阵列形分布，进一步，可以优选为行列型阵列分布。
[0015]进一步地，所述仿生突起占基体材料表面面积的5％
‑
40％
[0016]进一步地，所述仿生突起的生成方式为：先定义纵向剖面形状，将纵向剖面绕着扇形柱的轴心线旋转β角度，即得到所述仿生突起，β取值范围为30
‑
150度。
[0017]本专利技术减阻减摩原理如下：
[0018]本专利技术通过在基体材料表面设置微米级的仿生突起，仿生突起整体为扇形柱，扇形柱顶部向下开设有一个曲面形凹槽，所述曲面形凹槽靠近扇形柱的轴心线一侧为下凹陡坡，相对靠近弧形面一侧为下凹平缓坡，整体形成涡流凹槽；在流体在经过基体材料表面的仿生织构时，流体截面积变小，经过扇形柱棱边时，流体被分流从棱边尖两侧进入扇形柱顶部的曲面形凹槽内，由于曲面形凹槽先陡后缓，分流撞击织构曲面形凹槽先侧面从而形成涡流，从而形成“滚轴”效应，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，并增强流体动压效应，达到减阻减摩的目的。
[0019]通过上述原理可知，扇形柱尺寸级别、密度、扇形柱顶部曲面形凹槽的深度、部曲面形凹槽深度、宽深比、液体粘度等都对减阻减摩效果造成比较大的影响。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0021](1)制备方法简单易行，实验过程仅需激光打标设备，没有涉及任何有机试剂，符合绿色环保路线
[0022](2)加工材料广泛且经济，可广泛应用于各种材料螺旋桨。
[0023](3)具有涡流增强效应能形成类似滚轴运动，将滑动摩擦转化为滚动摩擦。
[0024](4)实现了优异的减阻减摩效果，摩擦系数降低率高达以上。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例中减阻减摩仿生织构示意图。
[0026]图2为减阻减摩仿生织构中单个仿生突起结构示意图。
[0027]图3为减阻减摩仿生织构中单个仿生突起结构俯视图。
[0028]图4为减阻减摩仿生织构中单个仿生突起结构的纵向剖面示意图。
[0029]图5为本专利技术实例1中的无织构和织构样件的摩擦系数对比。
[0030]图6为本专利技术实例2中的无织构和织构样件的摩擦系数对比。
[0031]图7为本专利技术实例3中的无织构和织构样件的摩擦系数对比。
[0032]图8为减阻减摩仿生织构流场矢量示意图。
[0033]图9为减阻减摩仿生织构流体压力示意图。
[0034]100
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螺旋桨基体材料，200
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仿生突起，210
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扇形柱，211
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轴心线，220
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曲面形凹槽，230
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纵向剖面，231
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左侧竖线，232
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右侧竖线，233
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顶部曲线，234
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底部水平线，240
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最低点。
具体实施方式
[0035]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0036]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0037]实施例1
[0038]如图1至图4所示，一种应用于水下螺旋桨的减阻减摩仿生织构，包括螺旋桨基体材料100和加工于螺旋桨基体材料100表面阵列型的仿生突起200，仿生突起200的密度为25％(占螺旋桨基体材料表面比)，
[0039]如图2所示，所述仿生突起200整体为扇形柱210，在扇形柱顶部向下开设有一个曲面形凹槽220，所述曲面形凹槽220靠近扇形柱的轴心线211一侧为下凹陡坡，相对靠近弧形面一侧为下凹平缓坡，整体形成涡流凹槽。
[0040]如图2所示，定义穿过扇形柱210的轴心线211的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于涉水的减阻减摩仿生织构，其特征在于：包括基体材料和设于基体材料表面的若干仿生突起，所述仿生突起整体为扇形柱，在扇形柱顶部向下开设有一个曲面形凹槽，所述曲面形凹槽靠近扇形柱的轴心线一侧为下凹陡坡，相对靠近弧形面一侧为下凹平缓坡，整体形成涡流凹槽。2.根据权利要求1所述的减阻减摩仿生织构，其特征在于：定义穿过扇形柱的轴心线的平面与曲面形凹槽交线为纵向剖面，所述扇形柱的所有纵向剖面相同，所述纵向剖面的顶部曲线靠近扇形柱中心一段为下凹陡坡曲线，相对另一段为平缓坡曲线。3.根据权利要求2所述的减阻减摩仿生织构，其特征在于：所述下凹陡坡曲线和平缓坡曲线的坡度均为渐变式，越靠近圆心一侧坡度越陡。4.根据权利要求2所述的减阻减摩仿生织构，其特征在于：所述纵向剖面中，所述顶部曲线最低点距离扇形柱轴心线的距离为扇形柱半径的1/2
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1/5。5.根据权利要求2所述的减...

【专利技术属性】
技术研发人员：段海涛，李文轩，贾丹，杨田，詹胜鹏，凃杰松，章武林，
申请(专利权)人：武汉材料保护研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：